Modellbasierte Regelung von industriellen Wärmeübertragern

Im ersten Teil wird dazu basierend auf den Grundlagen der Thermofluiddynamik ein niederdimensionales verteilt-parametrisches Temperaturmodell eines industriellen Wärmeübertragers hergeleitet und zu dessen Diskretisierung die Finite-Volumen-Methode eingesetzt. Dabei wird auch das Power-Balance-Verfahren vorgestellt, ein neues Interpolationsverfahren, das insbesondere zur Diskretisierung von Kompaktwärmeübertragermodellen geeignet ist. Im Gegensatz zu klassischen Interpolationsverfahren ermöglicht das Power-Balance-Verfahren dort niederdimensionale Modelle mit extrem hoher stationärer und dynamischer Genauigkeit, was durch Simulationen und Messungen nachgewiesen wird.

Der zweite Teil des Buches beschäftigt sich mit der Entwicklung zweier Regelungsstrategien. Die erste Regelungsstrategie basiert auf einer exakten Eingangs-Ausgangslinearisierung in Kombination mit einem Extended Kalman-Filter, die auch für Wärmeübertrager mit sehr hohen Verweilzeiten der Fluide eingesetzt werden kann. Die zweite Regelungsstrategie wurde speziell für Kompaktwärmeübertrager entwickelt und zeichnet sich durch den Wechsel der Regelgröße von der Auslauftemperatur zur im Wärmeübertrager gespeicherten thermischen Energie aus. In Kombination mit dem Power-Balance-Verfahren ermöglicht dies ein Regelgesetz, das ohne die Kenntnis des Wärmeübergangsmodells implementiert werden kann und ohne aufwendige Parametrierung einen direkten Einsatz für unterschiedlichste Varianten von Wärmeübertragern ermöglicht. Aufgrund des geringen Rechenaufwands und der wenigen benötigten Parameter ist das Regelgesetz für den Einsatz in Low-Cost Steuergeräten und damit für das breite industrielle Umfeld sehr gut geeignet.